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系外行星精确测量将不再困难

中国航天报    
admin    
2015-06-10

核心提示

7月23日,美国宇航局下属的喷气推进实验室发布消息称,他们首次精确测量到一颗太阳系外星球的大小。这是迄今为止人类发现太阳系外行星以来最精确的测量,堪称天文技术领域空前的奇迹。那么,科学家是如何精确地测量出这颗行星大小的呢?

距地球大约300光年

鉴于太阳系拥有8大行星和众多的小行星,因此,人类推测宇宙中其他恒星周围也存在行星。不过由于观测技术有限,人类从19世纪开始,通过天文望远镜陆续发现的众多系外行星事后都被证明是错误的,甚至在1991年发现的一颗系外行星也被发现者撤回。

人类第一次确认可信的系外行星是在1988年由加拿大天文学家发现的,此后随着观测设备的进步,人类又发现了大量系外行星。其中,以开普勒为代表的大型空间天文望远镜的出现,为探测系外行星提供了巨大便利。此次美国宇航局精确测量到的这颗系外行星,就是用开普勒天文望远镜发现的。因此,该行星也被称为开普勒-93b系外行星。

开普勒-93b距离地球大约300光年,围绕一颗质量约为太阳90%的恒星运行,但这颗系外行星轨道距离恒星的距离非常近,只有水星到太阳距离的1/6。这样近的距离导致开普勒-93b的地表温度高达760摄氏度,这么高的温度意味着该行星不会有生命存在。不过,任何事情都有正反两面性,开普勒-93b轨道距离环绕恒星的距离很小,这就为精确测量到它的大小带来了有利条件。

两台望远镜同时测量

此次能够精确测量到开普勒-93b的大小,完全得益于美国宇航局使用的可见光波段的开普勒和红外波段的斯皮策空间天文望远镜的联合测量。

为了能够精确测量到开普勒-93b,开普勒和斯皮策空间望远镜观测了开普勒-93b凌日现象带来的恒星光度变化。同时,开普勒还持续观测了该行星所在星系的恒星地震波引起的亮度变暗现象。

此外,斯皮策望远镜利用红外波段的观察也为该恒星光度变化收集了大量数据。美国宇航局的工作人员通过开普勒和斯皮策空间天文望远镜的观测数据,收窄了对该恒星直径的判断,从而为精确测量开普勒-93b的直径提供了“标尺”。

另外,美国宇航局喷气推进实验室的科学家通过开普勒和斯皮策空间天文望远镜在2010~2011年间观测到该行星的7次凌日现象,最终测算出开普勒-93b的直径约18800公里。其测量误差只有240公里,人类获得如此精确的系外行星直径数据还是第一次。 

可能有人认为,240公里的误差很大,但这对于测量300光年外的系外行星来说已经非常精确。这相当于在地球测量木星上站着一个1.83米高的人时,测量精度达到1.9厘米一样。因此,通过对开普勒-93b直径的精确测量,为今后更精确地测量其他系外行星提供一个良好开端。

为精确测量其他行星奠定基础

地球赤道直径12756公里,两极直径12715公里,两者距离相差41公里,这说明地球是一个很接近完美球体的椭球体。

开普勒-93b距离所环绕的恒星很近,在恒星巨大的引力作用下该行星今后出现更大的变形也不足为奇。除非未来发明更有效的方法或是使用更先进的天文望远镜,可以区分行星赤道直径和两极直径的不同,否则更精确的开普勒-93b直径测量数据在科学研究上的价值并不明显。

根据精确测量到的开普勒-93b直径,结合美国安装在夏威夷凯克天文台的巨型天文望远镜测量到的系外行星质量,我们对开普勒-93b有了更充分的了解。目前的观测数据显示,开普勒-93b的最大质量约为地球质量的3.8倍,这意味着它的平均密度比地球要大。因此,该系外行星很可能拥有和地球类似的铁质核心和地幔。

目前,人类已经发现了大量的系外行星。截至2014年3月,人类利用各种天文望远镜已经发现了2000多颗系外行星。不过,除了少数像开普勒-93b这样的类地行星外,人类发现的绝大多数都是直径较大的巨型气体行星,它们大多数都处在极为靠近恒星的轨道上运行。

通过精确测量开普勒-93b发展出来的新测量方法,人类今后将完全可以对更多的系外行星进行精确测量,这必将大大扩展人类对系外行星的了解和认识。

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